WO2018127635A1 - Controle d'une machine electrique de vehicule hybride suivant l'état d'un accouplement a crabot - Google Patents

Controle d'une machine electrique de vehicule hybride suivant l'état d'un accouplement a crabot Download PDF

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a control strategy of an electric machine connected by a clutch coupling system to the wheels of a hybrid motor vehicle, and a hybrid vehicle comprising means implementing such a strategy.
  • a known type of hybrid vehicle presented in particular by the document FR-B1 -2954441, comprises a heat engine driving by a gearbox the front wheels of the vehicle, and an electric machine driving the rear wheels by a transmission comprising a device. dog coupling controlled by an automatic actuator.
  • the electric machine powered by traction batteries can operate as a motor by drawing energy on these batteries to deliver a torque on the rear wheels, or generator by recovering energy recharging these batteries.
  • the clutch coupling of the electric machine may comprise on each side of this coupling, to the electric machine and to the wheels of the vehicle, gear reduction devices that adapt the rotational speeds.
  • the clutch coupling can be connected directly to the shaft of the electric machine, rotating at the same speed as this machine, with a speed reduction downstream resulting in a differential distributing the clutch. speed to the rear wheels.
  • the coupling can be installed in the differential, rotating at the same speed as the rear wheels.
  • the clutch coupling does not have progressivity when it is closed, unlike a friction clutch, it is necessary to close it by providing regulation of the electrical machine in a sufficiently precise manner so as to sufficiently synchronize the rotational speeds. two elements of this coupling to be connected before engaging their teeth to each other, to avoid noise, wear, and a risk of refusal of commitment.
  • the document of the prior art mentioned above shows a method of coupling the electric machine, this machine receiving a rotation speed setpoint so as to synchronize the two elements of the dog clutch, taking into account the gear ratios. of the transmission chain.
  • the actuator of the clutch coupling generally comprises a position measuring sensor, which indicates the open, closed or intermediate position of this coupling.
  • this method can cause problems, particularly in the event of failure of the position sensor, its target, or the control system linked to this sensor, indicating an open coupling while it is closed, if a control of the sensor is applied.
  • electric machine with high torque A torque peak is obtained on the wheels driven by this electric machine, accelerating or braking the vehicle, which can be dangerous for the driver and his entourage by destabilizing this vehicle.
  • this problem arises for an electric machine of a hybrid vehicle driving the front or rear wheels via a clutch coupling, this machine being connected to the wheels independently of the transmission of the engine, or via this transmission.
  • the present invention is intended in particular to avoid these problems of the prior art.
  • An advantage of this strategy is that to prepare a closure in the case where the clutch coupling is already closed, with a test torque applied by the electric machine greater than the torque threshold, if a speed difference of the two elements of the clutch is obtained. the clutch coupling below the speed threshold, it is then detected that there is necessarily a failure.
  • the strategy prevents the torque regulation of the electric machine which could require a high torque, which would constitute an error presenting a discomfort or even a danger for the passengers and the entourage.
  • control strategy of an electric machine according to the invention may further include one or more of the following features, which may be combined with one another.
  • the state providing security comprises a cut-off of the control of the electric machine, or a control of this electric machine which delivers on the coupling system clutch zero torque.
  • the torque threshold applied by the electric machine is greater than 2Nm.
  • the speed threshold of the speed difference of the two elements of the coupling corresponds to taking into account the reduction of a transmission connecting the electrical machine to this coupling, at a maximum speed of this electric machine of 300trs / min.
  • the invention also relates to a hybrid motor vehicle equipped with an electric machine driving wheels by a clutch coupling, which comprises means implementing a control strategy of this electric machine comprising any one of the preceding features.
  • the electric machine can drive wheels disposed at the rear of the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing the equipment of a hybrid vehicle implementing a control strategy according to the invention.
  • FIG. 2 is a decision graph showing the operation of the control strategy.
  • Figure 1 shows an electric vehicle traction machine 2 having a rotational speed, connected by a first transmission 4 to a dog clutch 6, comprising an upstream element connected to a downstream element when it is closed.
  • the dog coupling 6 is linked by a second transmission 8 to the wheels 10 of an axle of the vehicle, through a differential 24 and wheel shafts 26.
  • the clutch coupling 6 actuated by an actuator comprises a position sensor determining whether this coupling is open, closed, or in an intermediate state.
  • the first transmission 4 may include gear reduction, the first element of the coupling 6 rotating at a speed below this speed, or comprise a direct engagement with the shaft of the electric machine 2, the first element of the coupling then rotating at a speed which is the speed of this machine.
  • the second transmission 8 can similarly include a speed reduction, or a direct engagement with the wheels 10, for example in the case where the clutch coupling 6 is attached to the differential 24 driving the rear wheels of the vehicle.
  • the supervisor 12 also receives information 28 on the condition of the clutch coupling 6, coming from its position sensor.
  • the supervisor 12 then establishes requests sent to the electrical machine 2, including a speed setpoint 18, a torque setpoint 20, and a type of regulation which is required of it.
  • the electric machine 2 then responds to these requests by generating a request. torque in accordance with the torque setpoint 20, to reach a speed according to the speed setpoint 18, applying the type of regulation requested.
  • the torque setpoint 20 in preparation for closing the clutch coupling 6, the torque setpoint 20 enables the electric machine 2 to reach the speed setpoint 18 which it is requested as quickly as possible, in order to obtain the desired speed.
  • intermediate of the first transmission 4 substantially the synchronization speed of the elements of this coupling, with an acceptable margin for a risk-free commitment.
  • Figure 2 shows in the case of a request to close the clutch 30, a first selection 32 which verifies the status of clutch 6 by the information 28 from its position sensor.
  • a test torque greater than the torque threshold SC can be applied.
  • the speed of the upstream element of the clutch coupling 6 can be deduced from the speed of the electric machine 16, taking into account if necessary the value of the reduction of the first transmission 4.
  • the speed of the element downstream of the clutch coupling 6 can be deduced from the speed of rotation of the wheels 10, taking into account if necessary the value of the reduction of the second transmission 8.
  • this third selection 36 is positive, it has been established that there is coherence between the four pieces of information received by the supervisor 12. There is then an authorization 38 for regulating the electric machine 2, which can apply its maximum torque to reach the speed setpoint as quickly as possible.
  • this third selection 36 is negative, there is an inconsistency between the four received information which indicates a failure.
  • the failure may come from the position sensor of the clutch coupling 6, or any other element of the system.
  • this measured value of 300rpm can be reached with the coupling 6 closed given the information phase shifts, and games as well as the elasticity of the driveline. A higher value guarantees the opening.
  • control strategy according to the invention increasing the general safety of the vehicle, is simple and economical to implement, requiring only adaptations of the control programs of the hybrid power train, without modification of components.

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Abstract

L'invention a pour objet une stratégie de contrôle d'une machine électrique (2) reliée par un système d'accouplement à crabot (6) comportant un dispositif de détection de son état, à des roues (10) d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en couple de la machine électrique (2), délivrant une consigne de couple (20) pour synchroniser les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement (6) afin de préparer sa fermeture, cette stratégie étant remarquable en ce qu'elle autorise la régulation en couple de la machine électrique (2) si la détection de l'état de l'accouplement à crabot (6) indique une ouverture, si le couple appliqué par la machine électrique (2) est supérieur à un seuil de couple, et si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot (6) est supérieur à un seuil de vitesse (SV).

Description

CONTROLE D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DE VEHICULE HYBRIDE SUIVANT L'ÉTAT D'UN ACCOUPLEMENT A CRABOT
La présente invention concerne une stratégie de contrôle d'une machine électrique reliée par un système d'accouplement à crabot à des roues d'un véhicule automobile hybride, ainsi qu'un véhicule hybride comportant des moyens mettant en œuvre une telle stratégie.
Un type de véhicule hybride connu, présenté notamment par le document FR-B1 -2954441 , comporte un moteur thermique entraînant par une boîte de vitesses les roues avant du véhicule, et une machine électrique entraînant les roues arrière par une transmission comprenant un dispositif d'accouplement à crabot commandé par un actionneur automatique.
La machine électrique alimentée par des batteries de traction, peut fonctionner en moteur en prélevant une énergie sur ces batteries pour délivrer un couple sur les roues arrière, ou en génératrice en récupérant une énergie rechargeant ces batteries.
On obtient en accouplant la machine électrique aux roues arrière, un roulage en mode hybride comprenant une traction par le moteur thermique et par la machine électrique, ou un roulage en mode uniquement électrique en laissant la boîte de vitesses du moteur thermique au point mort.
Avec un désaccouplement de la machine électrique on réalise un roulage avec le moteur thermique sans entraîner cette machine, ce qui élimine les pertes venant de sa résistance à la rotation.
D'une manière générale, l'accouplement à crabot de la machine électrique peut comporter de chaque côté de cet accouplement, vers la machine électrique et vers les roues du véhicule, des dispositifs de démultiplication de vitesse qui adaptent les vitesses de rotation.
En particulier l'accouplement à crabot peut être relié directement à l'arbre de la machine électrique, en tournant au même régime que cette machine, avec une réduction de vitesse en aval entraînant un différentiel répartissant la vitesse vers les roues arrière. En variante l'accouplement peut être installé dans le différentiel, en tournant à la même vitesse que les roues arrière.
L'accouplement à crabot ne présentant pas de progressivité lors de sa fermeture, contrairement à un embrayage par friction, il est nécessaire pour le fermer de prévoir une régulation en régime de la machine électrique assez précise, de manière à synchroniser suffisamment les vitesses de rotation des deux éléments de cet accouplement à relier avant d'engager leurs dentures entre elles, pour éviter des bruits, une usure, et un risque de refus d'engagement.
Le document de l'art antérieur cité ci-dessus présente un procédé d'accouplement de la machine électrique, cette machine recevant une consigne de régime de rotation de façon à synchroniser les deux éléments de l'accouplement à crabot, en tenant compte des démultiplications de la chaîne de transmission.
En particulier pour réduire rapidement un écart de vitesse assez important des éléments de l'accouplement, on applique un pilotage de la machine électrique demandant son couple maximum, qui peut être positif ou négatif, pour atteindre rapidement le régime de consigne.
Par ailleurs l'actionneur de l'accouplement à crabot comporte généralement un capteur de mesure de position, qui indique la position ouverte, fermé ou intermédiaire de cet accouplement.
Toutefois ce procédé peut poser des problèmes, notamment en cas de défaillance du capteur de position, de sa cible, ou du système de contrôle lié à ce capteur, indiquant un accouplement ouvert alors qu'il est fermé, si on applique un pilotage de la machine électrique avec un couple élevé. On obtient une pointe de couple sur les roues entraînées par cette machine électrique, accélérant ou freinant le véhicule, qui peut être dangereux pour le conducteur et son entourage en déstabilisant ce véhicule.
D'une manière générale ce problème se pose pour une machine électrique d'un véhicule hybride entraînant les roues avant ou arrière par l'intermédiaire d'un accouplement à crabot, cette machine étant reliée aux roues indépendamment de la transmission du moteur thermique, ou par l'intermédiaire de cette transmission.
La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur.
Elle propose à cet effet une stratégie de contrôle d'une machine électrique reliée par un système d'accouplement à crabot comportant un dispositif de détection de son état, à des roues d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en couple de la machine électrique, délivrant une consigne de couple pour synchroniser les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement afin de préparer sa fermeture, cette stratégie étant remarquable en ce qu'elle autorise la régulation en couple de la machine électrique si la détection de l'état de l'accouplement à crabot indique une ouverture, si le couple appliqué par la machine électrique est supérieur à un seuil de couple, et si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot est supérieur à un seuil de vitesse.
Un avantage de cette stratégie est que pour préparer une fermeture dans le cas où l'accouplement à crabot est déjà fermé, avec un couple test appliqué par la machine électrique supérieur au seuil de couple, si on obtient un écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot inférieur au seuil de vitesse, on détecte alors qu'il y a forcément une défaillance.
Dans ce cas la stratégie empêche la régulation en couple de la machine électrique qui pourrait demander un fort couple, ce qui constituerait une erreur présentant un inconfort ou même un danger pour les passagers et l'entourage.
La stratégie de contrôle d'une machine électrique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, la détection de l'état de l'accouplement à crabot indiquant une ouverture, et le couple appliqué par la machine électrique étant supérieur au seuil de couple, alors si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot est inférieur au seuil de vitesse, alors elle met la machine électrique dans un état assurant la sécurité du véhicule. Dans ce cas, avantageusement l'état assurant la sécurité comporte une coupure de la commande de la machine électrique, ou un pilotage de cette machine électrique qui délivre sur le système d'accouplement à crabot un couple nul.
Avantageusement, le seuil de couple appliqué par la machine électrique est supérieur à 2Nm.
Avantageusement, le seuil de vitesse de l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement, correspond en prenant en compte la démultiplication d'une transmission reliant la machine électrique à cet accouplement, à un régime maximum de cette machine électrique de 300trs/mn.
L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride équipé d'une machine électrique entraînant des roues par un accouplement à crabot, qui comporte des moyens mettant en œuvre une stratégie de contrôle de cette machine électrique comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
En particulier, la machine électrique peut entraîner des roues disposées à l'arrière du véhicule.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma présentant les équipements d'un véhicule hybride mettant en œuvre une stratégie de contrôle selon l'invention ; et
- la figure 2 est un graphique de décision présentant le fonctionnement de la stratégie de contrôle.
La figure 1 présente une machine électrique de traction du véhicule 2 présentant un régime de rotation, reliée par une première transmission 4 à un accouplement à crabot 6, comprenant un élément amont relié à un élément aval quand il est fermé. L'accouplement à crabot 6 est lié par une deuxième transmission 8 aux roues 10 d'un essieu du véhicule, en passant par un différentiel 24 et des arbres de roue 26.
L'accouplement à crabot 6 manœuvré par un actionneur, comporte un capteur de position déterminant si cet accouplement est ouvert, fermé, ou dans un état intermédiaire.
La première transmission 4 peut comporter une démultiplication de la vitesse, le premier élément de l'accouplement 6 tournant à une vitesse inférieure à ce régime, ou comporter une prise directe avec l'arbre de la machine électrique 2, le premier élément de l'accouplement tournant alors à une vitesse qui est le régime de cette machine.
La deuxième transmission 8 peut de la même manière comporter une démultiplication de la vitesse, ou une prise directe avec les roues 10, par exemple dans le cas où l'accouplement à crabot 6 est accolé au différentiel 24 entraînant les roues arrière du véhicule.
Un superviseur 12 utilisant un calculateur électronique, réalisant la commande de la machine électrique 2 pour la traction du véhicule, reçoit une information de la vitesse des roues 14 venant d'un capteur de vitesse de ces roues, et une information du régime de la machine électrique 16 venant de cette machine. Le superviseur 12 reçoit aussi une information 28 sur l'état de l'accouplement à crabot 6, venant de son capteur de position.
Le superviseur 12 établit alors des demandes envoyées à la machine électrique 2, comportant une consigne de régime 18, une consigne de couple 20, et un type de régulation qui lui est demandé 22. La machine électrique 2 répond alors à ces demandes en générant un couple conforme à la consigne de couple 20, pour atteindre un régime conforme à la consigne de régime 18, en appliquant le type de régulation demandé.
En particulier en préparation d'une fermeture de l'accouplement à crabot 6, la consigne de couple 20 permet à la machine électrique 2 d'atteindre le plus rapidement possible la consigne de régime 18 qui lui est demandé, afin d'obtenir par l'intermédiaire de la première transmission 4 sensiblement la vitesse de synchronisation des éléments de cet accouplement, avec une marge acceptable pour un engagement sans risque.
On notera que la vitesse de l'élément aval de l'accouplement à crabot 6, liée à la vitesse des roues 10 en prenant en compte la démultiplication de la deuxième transmission 8, reste sensiblement constante pendant cette manœuvre.
La figure 2 présente dans le cas d'une demande de fermeture du crabot 30, une première sélection 32 qui vérifie l'état du crabot 6 par l'information 28 venant de son capteur de position.
On a en parallèle de cette première sélection 32, une deuxième sélection
34 qui calcule si le couple délivré par la machine électrique 2, ou l'estimation de ce couple délivré, est supérieur à un seuil de couple SC. En particulier on peut appliquer un couple test supérieur au seuil de couple SC.
Dans le cas où les deux sélections 32, 34 sont positives, on a alors une troisième sélection 36 qui calcule si la différence de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot 6, est supérieure à un seuil de vitesse SV.
La vitesse de l'élément amont de l'accouplement à crabot 6 peut être déduite du régime de la machine électrique 16, en prenant en compte si nécessaire la valeur de la démultiplication de la première transmission 4. De même la vitesse de l'élément aval de l'accouplement à crabot 6 peut être déduite de la vitesse de rotation des roues 10, en prenant en compte si nécessaire la valeur de la démultiplication de la deuxième transmission 8.
Dans le cas où cette troisième sélection 36 est positive, on a établi qu'il y a une cohérence entre les quatre informations reçues par le superviseur 12. On a alors une autorisation 38 de régulation en régime de la machine électrique 2, qui peut appliquer son couple maximal pour atteindre le plus rapidement la consigne de régime.
Dans le cas où cette troisième sélection 36 est négative, il y a une incohérence entre les quatre informations reçues qui indique une défaillance. La défaillance peut venir du capteur de position de l'accouplement à crabot 6, ou de tout autre élément du système. On a alors un passage de la machine électrique 2 dans un état sûr 40, comprenant notamment une coupure de sa commande, ou son pilotage pour délivrer sur le système d'accouplement à crabot 6 un couple nul qui accompagne les changements de vitesse de rotation de cet accouplement sans appliquer d'effort dessus, afin d'assurer la sécurité du véhicule.
En pratique on peut appliquer un couple test sur la machine électrique 2 compris entre 2 et 20Nm, suffisant à obtenir rapidement une différence de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot 6, correspondant pour cette machine électrique à un seuil de vitesse minimum SV de 300trs/mn, qui garantit l'ouverture de cet accouplement.
En effet cette valeur mesurée de 300trs/mn peut être atteinte avec l'accouplement 6 fermé compte tenu des déphasages des informations, et des jeux ainsi que de l'élasticité de la chaîne cinématique. Une valeur supérieure garantit l'ouverture.
La stratégie de contrôle suivant l'invention augmentant la sécurité générale du véhicule, est simple et économique à mettre en œuvre, en nécessitant seulement des adaptations des programmes de contrôle de la chaîne de traction hybride, sans modification de composants.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Stratégie de contrôle d'une machine électrique (2) reliée par un système d'accouplement à crabot (6) comportant un dispositif de détection de son état, à des roues (10) d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en couple de la machine électrique (2), délivrant une consigne de couple (20) pour synchroniser les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement (6) afin de préparer sa fermeture, caractérisée en ce qu'elle autorise la régulation en couple de la machine électrique (2) si la détection de l'état de l'accouplement à crabot (6) indique une ouverture, si le couple appliqué par la machine électrique (2) est supérieur à un seuil de couple (SC), et si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot (6) est supérieur à un seuil de vitesse (SV).
2 - Stratégie de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la détection de l'état de l'accouplement à crabot (6) indiquant une ouverture, et le couple appliqué par la machine électrique (2) étant supérieur au seuil de couple (SC), alors si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot (6) est inférieur au seuil de vitesse (SV), alors elle met la machine électrique (2) dans un état assurant la sécurité du véhicule.
3 - Stratégie de contrôle selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'état assurant la sécurité comporte une coupure de la commande de la machine électrique (2), ou un pilotage de cette machine électrique (2) qui délivre sur le système d'accouplement à crabot (6) un couple nul.
4 - Stratégie de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le seuil de couple (SC) appliqué par la machine électrique (2) est supérieur à 2Nm.
5 - Stratégie de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le seuil de vitesse (SV) de l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement (6), correspond en prenant en compte la démultiplication d'une transmission (4) reliant la machine électrique (2) à cet accouplement (6), à un régime maximum de cette machine électrique (2) de 300trs/mn.
6 - Véhicule automobile hybride équipé d'une machine électrique (2) entraînant des roues (10) par un accouplement à crabot (6), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en œuvre une stratégie de contrôle de cette machine électrique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7 - Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que la machine électrique (2) entraîne des roues (10) qui sont à l'arrière du véhicule.
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